用于过程控制系统中使用的集成总线控制器和电源设备技术方案

集成总线控制器和电源设备包括设置在公用机箱内的典型的或标准的总线控制器和总线电源，其大小和外部配置可以和与典型的Ｉ／Ｏ通信网络相关联的标准的总线控制器设备相匹配。该总线控制器可以使用连接到该Ｉ／Ｏ通信网络的一个或多个现场设备来存储并实现一个或多个控制例程，而该总线电源产生并向该Ｉ／Ｏ通信网络的总线提供合适的电源信号，该电源信号用于为连接到该Ｉ／Ｏ通信网络的现场设备供电。该集成总线控制器和电源设备能够被容易地连接到Ｉ／Ｏ通信网络的总线以提供Ｉ／Ｏ通信网络上的总线控制器功能和总线电源功能，而不需要配置独立的、专用的总线控制器和电源设备并将其连接到该总线，也不需要使用多个不同的端子块将这些设备用线连接在一起。

【技术实现步骤摘要】

本专利主要涉及基于总线的过程通信系统，该过程通信系统用于在过程工厂或其 他过程中执行过程控制操作，更具体地，涉及在过程控制通信系统中使用的集成总线控制 器和基于总线的电源。
技术介绍
过程控制系统广泛应用于工厂和/或过程工厂中，在这些地方制造产品或控制过 程(例如，化学制造，发电厂控制，石油加工等)来生产某一类产品。过程控制系统也用于 自然资源的开采中，例如石油和天然气钻井和处理过程等。事实上任何制造过程，资源开采 过程等都能够通过一个或多个过程控制系统的应用而被自动化。实现过程控制系统的方式已经历了多年的发展。较老一代的过程控制系统通常使 用专用的、集中的硬件来实现。然而，现代过程控制系统通常使用工作站、智能控制器、智能 现场设备等的高度的分布式网络来实现，某些或者所有的工作站、智能控制器、智能现场设 备等可以执行整个过程控制策略或方案中的一部分。尤其地，最现代的过程控制系统包括 智能现场设备和其他过程控制元件，这些元件彼此通信地耦合和/或通过一个或多个数字 或组合的数字和模拟的数据总线通信地耦合到一个或多个过程控制器上。当然，许多现代 过程控制系统也可以包括诸如，例如，4-20毫安(MA)设备，0-10伏直流(VDC)设备等的非 智能现场设备，与使用共享数字数据的总线等相反，这些设备通常被直接耦合到控制器上。更具体地，诸如分布的或可定标的过程控制系统的现代过程控制系统，通常包括 一个或多个过程控制器，这些控制器通过模拟，数字或组合的模拟/数字总线通信地耦合 到彼此、到至少一个主机或操作者工作站、到一个或多个现场设备。这些现场设备，它们可 以是，例如，阀，阀定位器，开关和变送器(例如，温度、压力和流速传感器)，在过程内执行 诸如打开和关闭阀和测量过程参数的功能。过程控制器接收表示由现场设备所做的过程测 量的信号和/或关于现场设备的其他信息，并且使用这些信息实现一个或多个控制例程以 产生控制信号，该控制信号通过总线被发送到现场设备以控制过程的操作。来自现场设备 和控制器的信息通常可用于由操作者工作站执行的一个或多个应用，以使操作者能够执行 关于此过程的任何期望的功能，例如查看此过程的当前状态，更改此过程的操作等。一些过程控制系统，例如由爱默森过程管理出售的DeltaVTM系统，使用功能块或 功能块组，被称为模块，其位于过程控制器中或不同的现场设备中或输入/输出(I/O)控制 器设备中来执行控制操作。在这些情况下，过程控制器或其他设备能够包括和执行一个或 多个功能块或模块，其中的每一个都接收来自其它功能块(在同一个设备中或在不同的设 备中)的输入和/或提供到其它功能块的输出，并执行一些过程控制操作，诸如测量或检测 过程参数、控制设备或执行控制操作，诸如实现比例微分积分(PID)控制例程。过程控制系 统中的不同的功能块和模块通常被配置为彼此相互通信(例如，通过总线)以形成一个或 多个过程控制回路。在许多情况下，过程控制器被编程用于针对为过程限定的或者包含在过程中的例如流控制回路、温度控制回路、压力控制回路等的多个不同回路中的每一个执行不同的算 法、子例程或者控制回路(它们都是控制例程)。一般来说，每个这样的控制回路包括一个 或多个输入块，例如模拟输入(Al)功能块，包括控制块，例如比例微分积分(PID)或模糊逻 辑控制功能块并包括输出块，例如模拟输出(AO)功能块。控制例程，和实现这些例程的功 能块，已经根据很多控制技术配置，控制技术包括例如PID控制、模糊逻辑控制和例如史密 斯预测器或模型预测控制(MPC)的基于模型的控制技术。控制器功能增加的数量导致过程控制系统内不同设备间必须发生的数据传输水 平的增加，以便支持控制器的功能。因此，现代过程控制系统设计的一个非常重要的方面包 括现场设备以何种方式通信地耦合到彼此、到过程控制器、到过程控制系统或过程工厂内 的其他系统或设备。通常，能够使现场设备在过程控制系统内运行的各种通信信道、链路和 路径通常统称为输入/输出(I/O)通信网络。用来实现I/O通信网络的通信网络拓扑和物理连接或路径能够对现场设备通信 的鲁棒性或完整性产生重要的影响，尤其当I/O通信网络受制于环境因素或与过程控制系 统相关的条件时。例如，很多工业控制应用经常使得现场设备和与其相关联的I/O通信网 络受制于苛刻的物理环境(例如，高、低或变化剧烈的环境温度、振动、腐蚀性气体或液体 等)、艰难的电子环境(例如，高噪声环境、差的电源质量，和瞬态电压)等。作为结果，开发 了大量不同类型的I/O通信网络和通信协议用于给这些网络提供通信。更具体地，为了支持在分布式过程控制系统中的控制例程的执行，工厂或过程工 厂通常具有集中的控制室，其与一个或多个分布式过程控制器和过程I/O子系统通信地连 接，反过来，所述过程控制器和过程I/O子系统与工厂中的执行控制活动的一个或多个现 场设备连接，所述控制活动例如测量过程变量或执行工厂内的物理操作(例如，打开或关 闭阀)。传统上，模拟的现场设备通过既可用于信号传输也可用于电源供给的双线或四线电 流回路与控制器连接。将信号发送到控制室的模拟现场设备(例如，传感器或变送器)调 制通过电流回路的电流，以使电流正比于所感测到的过程变量。另一方面，在控制室的控制 下执行操作的模拟现场设备是由通过回路的电流强度来控制的。然而近来，过程控制通信系统已经被发展成在用于传输模拟信号的电流回路上的 叠加数字数据。例如，可寻址远程传感器数据通道(HART )协议使用回路电流强度来发 送和接收模拟信号，但也将数字载波信号叠加到电流回路信号上以便能和智能现场仪器的 双向的现场通信。更进一步，已经开发了在与I/O通信网络相关联的总线上提供所有数字 通信的其他协议。例如，FOUNDATION 现场总线协议，其通常被称作现场总线协议， 在与全数字I/O通信网络相关联的总线上提供全数字通信。现场总线协议实际上包括两个 子协议，包括支持在高达31.251AitS/S速率下的数据传输、同时向与网络耦合的现场设备 提供电源的Hl协议，以及支持在高达2. 5Mbits/s速率下的数据传输而不通过总线向现场 设备提供电源的H2协议。通常实质上是数字的智能现场设备通过这些类型的通信协议支 持许多维护模式和较老的控制系统不提供的增强型功能。然而，通常这些基于数字的通信 协议需要总线控制器设备，有时被称作链路控制器设备，以保证总线上的正常通信，以连接 到外部设备，诸如没有连接到I/O通信网络的过程控制器和用户接口设备等。如上面所指出，已经开发了一些I/O通信网络和与这些网络相关联的协议，用以 除了在网络总线上进行数字和/或模拟信号通信外，还向与网络总线连接的现场设备提供电源。在网络总线上提供电源(这里指的是总线电源)使I/O通信网络自身能够为与I/O 通信网络连接的现场设备和其他设备提供电源，由此不再需要为与I/O通信网络连接的每 个现场设备、控制器等提供独立的电源。这一特性对在户外实现的、在苛刻的环境中的、或 在远处或不容易到达的位置中的过程控制系统是非常有用的。然而，总线电源特性在封闭 的工厂和其他更传统的位置中也是非常有用的，因为它减少了为过程控制系统中的每个现 场设备提供独立电源信号所需的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在通信网络的总线上提供总线控制信号和电源信号的通信网络设备，包括：机箱；设置在所述机箱内的总线控制器，所述总线控制器包括用于连接到所述总线的控制器输入／输出线，以通过所述总线提供基于总线的通信信号；设置在所述机箱内的总线电源，所述总线电源产生用于所述总线的电源信号；以及所述机箱内的输出，所述输出提供到所述总线控制器输入／输出线以及到所述电源信号的连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：GK劳，KA布尔，ML马歇尔，M凯斯勒，
申请(专利权)人：费希尔罗斯蒙特系统公司，
类型：发明
国别省市：US[]